Регулирование контактного взаимодействия при эксплуатации и изготовлении элементов трибосопряжений методами обработки давлением Кильдтбаева, Айгуль Хамматовна

Введение к работе

з

Актуальность проблемы. Одной из важнейших проблем машиностроения является повышение надежности изделий, определяемой в значительной степени технологией изготовления и условиями эксплуатации. Повышения ресурса, как одного из значимых показателей надежности, возможно достичь на основе концепции эксплуатационно-технологической наследственности, которая рассматривает технологию изготовления и эксплуатацию как единый процесс накопления поврежденности изделия. При изготовлении изделий, преимущественно элементов трибосопряжений, методами обработки давлением и их последующей эксплуатации ресурс, в значительной степени, зависит от возможности управления контактным взаимодействием, которое включает адгезию в условиях граничного трения и механическое взаимодействие модифицированного приповерхностного слоя по сопрягаемым поверхностям. Последнее реализуется при использовании соответствующих поверхностно-активных смазочных материалов, покрытий и поверхностной пластической обработки, обеспечивающих формирование макроскопического приповерхностного слоя («третьего тела»).

При выборе и разработке соответствующих смазочных материалов, покрытий и режимов поверхностной обработки преобладают эмпирические подходы, требующие проведения значительного объема трудоемких лабораторных и производственных испытаний. В этой связи, выбор и разработка эффективных смазочных материалов и покрытий на основе вычислительного эксперимента, рационально сочетающего математическое моделирование напряженно-деформированного состояния элементов трибосопряжений (вкладышей подшипников скольжения, кордной проволоки, резьбовых соединений) и технологические эксперименты, учитывающие влияние адгезионного взаимодействия и реологические параметры модифицированного приповерхностного слоя, обуславливает актуальность данной работы.

Работа выполнена в соответствии с планами работ по Комплексной программе фундаментальных исследований проблем машиностроения, механики и

процессов управления Российской академии наук (разделы 2.31, 2.58), Федеральной целевой программе «Развитие межведомственного научно-учебного комплекса «Сверхпластичность» и Республиканской научно-технической программе РБ «Проблемы машиноведения, конструкционных материалов и технологий».

Целью настоящей работы является разработка эффективных поверхностно-активных смазочных материалов и покрытий, обеспечивающих повышение ресурса элементов трибосопряжения в процессах их пластической дефор-' мации и последующей эксплуатации.

Поставленная цель достигается решением следующих задач: 1. Проведение вычислительного эксперимента, включающего математическое моделирование процесса осесимметричной осадки и волочения многослойной заготовки с оценкой влияния реологических параметров тонкого приповерхностного слоя на контактные напряжения и поврежденность изделия, и технологические эксперименты по определению реологических и адгезионных характеристик материала на контактной поверхности.

2.Разработка методики обоснования состава эффективных технологических смазочных материалов (ТСМ) по критериям ресурса инструмента и изделия для процессов обработки металлов давлением (ОМД) с использованием результатов вычислительного эксперимента.

1. Проведение вычислительного эксперимента, включающего математическое моделирование условий нагружения двухслойного подшипника скольжения с оценкой напряженно-деформированного состояния (НДС) и натурный эксперимент по определению прочности адгезионного соединения антифрикционного вкладыша и корпуса.

2. Разработка методики выбора и создания рациональных технологий нанесения подслоя олова, обеспечивающих повышение ресурса многослойных подшипников скольжения паровых турбин при эксплуатации.

5. Выбор и разработка ТСМ для горячей штамповки алюминиевых сплавов, обеспечивающих равномерность деформации, снижение поврежденности изделия и относительных нормальных напряжений, и волочения латунированной проволоки под металлокорд, обеспечивающих повышение стойкости инструмента, снижение энергозатрат и высокую прочность адгезионных связей метал-локорд-резина, необходимую в эксплуатации.

6. Разработка смазочных материалов для высокотемпературных резьбовых соединений, обеспечивающих повышение их ресурса за счет многократного использования.

Научная новизна

1. На основе математического моделирования изотермической осесимметрич-ной осадки и волочения многослойной заготовки методом конечного элемента проведена оценка влияния реологических свойств деформируемого материала и приповерхностного слоя, геометрических размеров и показателей трения на значения скалярного параметра поврежденности (со) и относительных нормальных напряжений (02). Показана принципиальная возможность выбора рациональных условий деформирования, обеспечивающих минимальные значения параметров со и а'/(Т_ю.

2. На основе численного решения краевых задач процессов осадки и волочения двухслойной заготовки и технологического эксперимента разработана методика прогнозирования оптимальных значений параметров реологического состояния приповерхностных слоев заготовки по критериям ресурса изделий и энергоемкости процессов деформации.

3. На основе решения задачи оценки НДС двухслойного подшипника скольжения в среде ANSYS и результатов натурного эксперимента по определению прочности адгезионной связи антифрикционного вкладыша и корпуса разработана методика обоснования рациональной технологии нанесения подслоя, обеспечивающего высокие эксплуатационные характеристики адгезионного соединения.

6 Практическая ценность работы:

Методика выбора и разработки ТСМ использована при создании смазочных материалов для изотермической штамповки алюминиевых сплавов и волочения латунированной проволоки.

Разработанные составы ТСМ для мокрого волочения латунированной проволоки под металлокорд обеспечивают:

снижение усилий волочения на 25 %;

повышение стойкости волок в 1,5 - 2,5 раза;

повышение прочности адгезионных связей в контакте металлокорд-резина на 15-20 %;

ТСМ СМЛП-1 используется при мокром волочении латунированной проволоки под металлокорд на ОАО БМК; на него разработаны технические условия ТУ 14-173-90-98 "Технологический смазочный материал СМЛП-1". Концентраты ТСМ "Латойл-1", "Мекор-1" и СМЛП-1 защищены патентами РФ.

По разработанным технологиям химического и электрохимического нанесения промежуточного слоя олова для предприятия "Энергоремонт" ОАО "Башкирэнерго" были подготовлены под заливку антифрикционным слоем 80 корпусов подшипников, которые введены в эксплуатацию.

Разработанный смазочный материал для высокотемпературных резьбовых соединений повышает ресурс работы последних за счет возможности разборки для ремонта без разрушения. Защищен патентом РФ Л' 2139320.

Апробация работы: Материалы диссертации были представлены на: Международной конференции BALTTRIB'99 (Каунас, 1999); Международной конференции «Оценка и обоснование продления ресурса¹ элементов конструкций «Ресурс 2000» (Киев, 2000);. ХХ-ой Российской Школе по проблемам проектирования неоднородных конструкций (Миасс, 2000); научном семинаре в Институте проблем сверхпластичности РАН.

Публикации: Основные результаты работы опубликованы в 4 статьях и защищены 7 патентами РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы из 133 источников и приложения. Работа изложена на 156 страницах, включая 40 рисунков и 6 таблиц.